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Campbell Biology in Focus Third Edition, Global Edition Chapter 32 The Internal Environment of Animals: Organization and Regulation (동물의 내부환경: 구성과 조절) September 20th 2023 Yangkyun Oh, Ph.D. Department of Life Science Ewha Womans University Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rig...

Campbell Biology in Focus Third Edition, Global Edition Chapter 32 The Internal Environment of Animals: Organization and Regulation (동물의 내부환경: 구성과 조절) September 20th 2023 Yangkyun Oh, Ph.D. Department of Life Science Ewha Womans University Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Concept 32.1: Animal Form and Function Are Correlated at All Levels of Organization (동물의 구조와 기능은 모든 구성단계에서 연관되어 있다) • Multicellularity facilitates cellular specialization with particular cells devoted to specific activities (다세포성은 특정 활동에 전념하는 특정 세포를 통해 세포의 전문화를 촉진한다) • Cells are organized into – Tissues (조직), groups of cells with similar appearance and common function (조직: 비슷한 모양과 공통 기능을 가진 세포 그룹) –Organs (기관), different types of tissues further organized into functional units – (기관: 다양한 유형의 조직을 기능 단위로 더 세분화하여 구성) – Organ systems (기관계), groups of organs that work together (기관계: 함께 작동하는 기관 그룹) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Table 32.1 Organ Systems in Mammals (포유동물의 기관계) 소화계 순환계 호흡계 면역계 배설계 내분비계 생식계 신경계 피부계 골격계 근육계 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Concept 32.1: Animal Form and Function Are Correlated at All Levels of Organization (동물의 구조와 기능은 모든 구성단계에서 연관되어 있다) • The specialized, complex organ systems of animals are built from a limited set of cell and tissue types (동물의 특수하고 복잡한 장기 시스템은 제한된 세포 및 조직 유형으로 구성된다) • Animal tissues can be grouped into four categories – Epithelial (상피조직) – Connective (결합조직) – Muscle (근육조직) – Nervous (신경조직) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 소장내벽의 상피조직 Lumen 뇌에서의 신경조직: Neuron cells, Gila cells (Astrocytes, Oligodendrocyte, Microglia) 10 µm Apical surface Epithelial tissue Nervous tissue Basal surface (Confocal LM) Axons of neurons Epithelial tissue lining small intestine Blood vessel Glia 교세포 20 µm Blood Plasma Loose connective tissue surrounding stomach 50 µm White blood cells Skeletal muscle tissue Nuclei Red blood cells Collagenous fiber Muscle cell Elastic fiber 100 µm 골격근 조직 100 µm 위를 둘러싼 성긴 결합조직 혈액: connective tissue Figure 32.2 Exploring Structure and Function in Animal Tissues (동물조직들의 구조와 기능 탐구) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved (a) 호르몬에 의한 신호 (b) 뉴런에 의한 신호 Figure 32.4 Signaling in the Endocrine and Nervous Systems (내분비계와 신경계에서의 신호전달) 신호는 혈류를 통하여 온몸 구석구석 퍼진다 신호는 축삭을 따라서 특정 장소로 이동한다. 반응: 신호에 대한 수용체를 가진 세포에 한정됨 반응: 특수화된 결합으로 자극을 전달하는 축삭에 연결된 세포에 한정됨 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Endocrine Glands and Hormones (내분비샘과 호르몬들) • Endocrine cells are often grouped in ductless organs called endocrine glands (내분비샘) (내분비 세포는 내분비샘이라고 하는 관이 없는 기관에 모여있음) • Endocrine glands (내분비샘) and cells secrete hormones directly into the surrounding fluid, from which the hormones enter the circulatory system (내분비선과 세포는 호르몬을 주변 체액으로 직접 분비하고, 이 호르몬은 순환계로 들어감) • In contrast, exocrine glands (외분비샘) have ducts that carry enzymes or secreted substances into body cavities or onto body surfaces (반면, 외분비샘에는 효소나 분비물을 체강이나 신체 표면으로 운반하는 관이 있다) • Pancreas: both endocrine and exocrine glands Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 갑상샘 부갑상샘 :PTH 부신 부신수질 부신피질 :코티솔 송과샘 시상하부 뇌하수체 뇌하수 체 후엽 뇌하수 체 전엽 난소 정소 췌장 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Figure 32.5 The Human Endocrine System (사람의 내분비계) 단순내분비 경로 세크레틴 신호전달 십이지장의 낮은 pH 십이지장의 S세포 내분비 세포 세크레틴 호르몬 혈액을 통해 온몸을 순환 Negative Feedback 췌장세포 표적세포 Target Cells 중탄산염을 분비 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Figure 32.6 A Simple Endocrine Pathway (단순 내분비 경로) 단순 신경내분비 경로 자극 옥시토신 신호전달 젖을 빰 시상하부 뇌하수체 후엽 혈관 표적 세포 옥시토신 분비 젖샘의 평활근 젖 생산 Copyright © 2021 Pearson Education Figure 32.7 A Simple Neuroendocrine Pathway (단순 신경내분비 경로) Ltd. All Rights Reserved Anterior Pituitary Pathways (뇌하수체 전엽) • The anterior pituitary synthesizes and secretes a diverse set of hormones (뇌하수체 전엽은 다양한 호르몬을 합성하고 분비함) • The functions of these hormones range from reproduction and growth to metabolism and stress response (이 호르몬의 기능은 생식과 성장에서 신진대사와 스트레스 반응에 이르기까지 다양함) • Anterior pituitary hormones often form part of a hormone cascade (뇌하수체 전엽 호르몬은 종종 호르몬 연쇄작용의 일부를 형성함) • Anterior pituitary hormones in these cascades are called tropic hormones (이 연쇄작용을 하는 뇌하수체 전엽 호르몬을 자극호르몬이라 함) • Feedback regulation occurs at multiple levels in hormone cascades (피드백 조절은 호르몬 연쇄반응의 여러 수준에서 발생함) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Figure 32.8 A Hormone Cascade Pathway (호르몬 연쇄반응 경로) (a) 간세포 (b) 골격근으로 가는 혈관의 평활근 세포 (c) 장으로 가는 혈관의 평활근 세포 세포에서 글리코겐은 분해되고 포도당은 분비됨 혈당내 포도당 농도 증가 혈관수축, 위장으로의 혈액 유입 감소 2021 Pearson Education All Rights Figure 32.9 One Hormone, DifferentCopyright Effects©(하나의 호르몬, 서로Ltd. 다른 효과)Reserved Regulating and Conforming (조절과 순응) • An animal that is a regulator (조절자) uses internal mechanisms to control internal change despite external fluctuation (조절자인 동물은 외부의 변동에도 불구하고 내부 메커니즘을 사용하여 내부 변화를 제어한다) • An animal that is a conformer (순응자) allows its internal condition to change in accordance with external changes (순응자인 동물은 외부 변화에 따라 내부 상태가 변화하도록 허용한다) 수달 (온도 조절자) Figure 32.10 Regulating and Conforming (조절자와 순응자) 배스 (온도 순응자) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Homeostasis (항상성) • Organisms use homeostasis (항상성) to maintain a “steady state” or internal balance regardless of external environment (유기체는 항상성을 사용하여 외부 환경과 관계없이 '정상 상태' 또는 내부 균형을 유지한다) • In humans, body temperature, blood pH, and glucose concentration are each maintained at a constant level (사람의 경우 체온, 혈액 pH 및 포도당 농도는 각각 일정한 수준으로 유지된다) 냉방기 켜짐 Set point 설정점 Figure 32.11 A Nonliving Example of Temperature Regulation: Control of Room Temperature (온도 조절의 무생물 사례: 실내온도 조절) 난방기 켜짐 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Endothermy and Ectothermy (내온동물과 외온동물) • Endothermic (내온동물) animals generate heat by metabolism; birds and mammals are endotherms (내온동물은 신진대사를 통해 열을 발생시키며, 조류와 포유류는 내온 동물이다) • Ectothermic (외온동물) animals gain heat from external sources; ectotherms include most invertebrates, fishes, amphibians, and nonavian reptiles (외온동물은 외부에서 열을 얻는 동물로, 대부분의 무척추동물, 어류, 양서류, 비조류 파충류가 포함된다) (a) 황제펭귄 (내온동물) (b) 플로리다붉은배거북 (외온동물) Figure 32.12 Endothermy and Ectothermy (내온동물과 외온동물) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 복사 (radiation): 절대온도 O도 보다 더 따뜻한 모든 물체에 의하여 방출되는 전자기파 증발 (evaporation): 액체 표면을 통한 열의 제거 대류 (convection): 표면에 흐르는 공기나 액체운동에 의한 열의 이동 전도 (conduction): 서로 접촉하는 물체 분자 사이의 열 전달 Figure 32.13 Heat Exchange Between an Organism and Its Environment (생명체와 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 환경 사이의 열교환) Physiological Thermostats (생리적 항온조절장치) • Thermoregulation in mammals is controlled by the hypothalamus (시상하부), in which a group of nerve cells functions as a thermostat (포유류의 체온 조절은 시상하부에 의해 제어되며, 시상하부는 신경 세포 그룹이 온도 조절기 역할을 함) 시상하부 (Hypothalamus) 항온조절장치의 냉각활성화 피부모세혈관 팽창 https://www.youtube.com/watch?v=QV7j-XQ7wv8 Figure 32.15 The Thermostatic Function of the Hypothalamus in Human Thermoregulation (인체의 체온조절에 있어서 항온조절장치로서의 시상하부의 기능) 정상체온 골격근 수축: 떨림유발 피부모세혈관 수축 시상하부 항온조절장치의 온열활성화 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 단백질 아미노기 아미노산 질소함유 염기 아미노기 암모니아 요소 요산 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Figure 32.18 Forms of Nitrogenous Waste (질소 노폐물의 종류) Excretory Processes (배설과정) • In most animals, osmoregulation and metabolic waste disposal rely on transport epithelia (수송상피) (대부분의 동물에서 삼투압조절과 대사성 폐기물 처리는 수송 상피에 의존한다) • Many animal species produce a fluid waste by refining a filtrate (여과액) derived from body fluids (많은 동물 종은 체액에서 추출한 여과액을 정제하여 체액 폐기물을 생성함) • Key functions of most excretory systems – Filtration (여과): Filtering of body fluids (체액 필터링) – Reabsorption (재흡수): Reclaiming valuable solutes (유용한 용질 회수) – Secretion (분비): Adding nonessential solutes and wastes from the body fluids to the filtrate (체액에서 불필요한 용질과 노폐물을 여과액에 추가함) – Excretion (배설): Releasing processed filtrate containing nitrogenous wastes from the body (체내 질소성 노폐물이 포함된 처리후 여과액 배출) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 여과 재흡수: 수송상피는 여과액 중 유용한 성분들을 다시 체액으로 돌려보낸다 분비: 독성물질이나 잉여이온들이 체액에서 여과액으로 분비된다 배설 Copyright © 2021 Education Ltd. All Rights Reserved Figure 32.19 Key Steps of Excretory System Function: AnPearson Overview (배설기관의 주요 기능: 개요) 하대정맥 신동맥과 신정맥 신장 대동맥 요관 방광 요도 배설기관 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Figure 32.21 Exploring the Mammalian Copyright Excretory©System (포유류의 배설계 탐구) Figure 32.22 How the Human Kidney Concentrates Urine: Regional Functions of the Transport Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Epithelium (사람의 신장이 어떻게 소변을 농축하나: 각 부위의 수송상피의 기능들) 시상하부의 삼투수용기가 뇌하수체의 ADH 분비 촉발 정상 혈액 삼투농도 Figure 32.24 Regulation of Fluid Retention in the Kidney by Antidiuretic Hormone (ADH) (항이뇨호르몬에 의한 신장의 수분조절 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Coordination of Kidney Regulation (신장조절의 조율) • The renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) also regulates kidney function (레닌-안지오텐신-알도스테론 시스템(RAAS)은 신장 기능도 조절한다) • A peptide called angiotensin II (안지오텐신 II) is a product of the RAAS • Angiotensin II raises blood pressure and decreases blood flow to capillaries in the kidney (안지오텐신 II는 혈압을 높이고 신장의 모세혈관으로 가는 혈류를 감소시킴) • Drugs that block angiotensin II production are used to treat hypertension (chronic high blood pressure) (안지오텐신 II 생성을 차단하는 약물은 고혈압을 치료하는 데 사용됨) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Campbell Biology in Focus Third Edition, Global Edition Chapter 33 Animal Nutrition Yangkyun Oh, Ph.D. Department of Life Science Ewha Womans University Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Essential Nutrients (필수영양소) • There are four classes of essential nutrients – Essential amino acids (필수아미노산) – Essential fatty acids (필수지방산) – Vitamins (비타민) – Minerals (무기질) Figure 33.2 Roles of Essential Nutrients (필수영양소의 역할) 무기질 (보조인자) 비타민 (조효소 NADH의 공급원) 리놀레산 필수지방산 (효소의 기질) 필수아미노산 (폴리펩타이드) 인지질 (세포막 구성요소) 감마-리놀레산 프로스타글란딘 (세포신호 전달에 사용) Essential Amino Acids and Fatty Acids (필수지방산과 필수아미노산) • Animals require 20 amino acids and can synthesize about half from molecules in their diet (동물은 20개의 아미노산을 필요로 하며, 식단의 분자로부터 약 절반을 합성할 수 있다) • The remaining amino acids, the essential amino acids (필수아미노산), must be obtained from food in prefabricated form (나머지 아미노산인 필수아미노산은 식품에서 미리 제조된 형태로 섭취해야 한다) • In animals, fatty acids are converted into a variety of cellular components, such as membrane phospholipids, signaling molecules, and storage fats (동물에서 지방산은 막 인지질, 신호 분자, 저장 지방과 같은 다양한 세포 구성 요소로 전환됨) • Essential fatty acids (필수지방산) cannot be synthesized by animals but can be synthesized by plants (필수지방산은 동물은 합성할 수 없지만 식물은 합성할 수 있다) • Animals typically obtain ample quantities of essential fatty acids from their diets (동물은 일반적으로 식단을 통해 충분한 양의 필수 지방산을 섭취함) Concept 33.2: Food Processing Involves Ingestion, Digestion, Absorption, and Elimination (음식은 섭취, 소화, 흡수, 배설의 과정을 거친다) • Food processing can be divided into four distinct stages: – Ingestion (섭취) – Digestion (소화) – Absorption (흡수) – Elimination (배설) • Ingestion (섭취) is the act of eating or feeding (섭취: 먹거나 먹이는 행위) • Strategies for extracting resources from food differ widely among animals (음식에서 자원을 추출하는 전략은 동물마다 크게 다르다) Concept 33.2: Food Processing Involves Ingestion, Digestion, Absorption, and Elimination (음식은 섭취, 소화, 흡수, 배설의 과정을 거친다) • Digestion (소화) is the process of breaking down food into molecules small enough to absorb (소화(소화)는 음식물을 흡수할 수 있을 만큼 작은 분자로 분해하는 과정임) • Mechanical digestion (기계적 소화), including chewing, increases the surface area of food (씹는 것을 포함한 기계적 소화는 음식의 표면적을 증가시킴) • Chemical digestion (화학적 소화) splits food into small molecules that can pass through membranes (음식물을 막을 통과할 수 있는 작은 분자로 분해함) • In chemical digestion, the process of enzymatic hydrolysis (가수분해) splits bonds in molecules with the addition of water (화학적 소화에서 효소 가수분해 과정은 물을 첨가하여 분자의 결합을 분리함) • Absorption (흡수) is uptake of nutrients by body cells (흡수는 신체 세포가 영양분을 섭취하는 것을 말함) • Elimination (배설) is the passage of undigested material out of the digestive system (배설은 소화되지 않은 물질이 소화 시스템 밖으로 배출되는 것을 말함) 혀 구강 침샘 인두 식도 담낭 위 췌장 소장 대장 직장 항문 Figure 33.7 The Human Digestive System (사람의 소화계) The Oral Cavity, Pharynx, and Esophagus (구강, 인두, 식도) • Each time you swallow, a flap of cartilage covers your vocal cords and the opening between them (침을 삼킬 때마다 연골 조각이 성대와 성대 사이의 구멍을 덮음) • The esophagus conducts food from the pharynx down to the stomach through rhythmic cycles of contraction (식도는 리드미컬한 수축 주기를 통해 인두에서 위까지 음식물을 운반함) • Food is pushed along by peristalsis (연동운동), rhythmic contractions of muscles in the wall of the canal (음식은 연동 운동,벽근육의 리드미컬 한 수축에 의해 밀려남) • Valves called sphincters (괄약근) regulate the movement of material between compartments (괄약근이라는 밸브는 구획 사이의 물질 이동을 조절함) Digestion in the Stomach (위에서의 소화) • The stomach (위) stores food and secretes gastric juice (위액), which converts a meal to a mixture of food and digestive juice called chyme (유미즙) (위는 음식물을 저장하고 위액을 분비하여 음식물을 유미즙이라는 음식물과 소화액의 혼합물로 변환) 위의 안쪽 표면 위샘 Parietal Cells 점액세포 주세포 벽세포 1. 2. 3. 펩시노겐과 염산이 위의 내강으로 분비된다 염산은 펩시노겐을 펩신으로 바꾼다 펩신은 펩시노겐을 더 활성화시키고, 연쇄반응이 시작된다. 펩신은 단백질의 화학적 소화를 시작한다 Figure 33.8 The Stomach and Its Secretions (위와 위액의 분비) Chemical Digestion in the Stomach (위에서의 화학적 소화) • Gastric juice (위액) has a low pH of about 2, which kills most bacteria and denatures proteins (위액은 약 2의 낮은 pH를 가지고 있어 대부분의 박테리아를 죽이고 단백질을 변성시킴) • Gastric juice is made up of hydrochloric acid (HCl) and pepsin 염산(HCl)과 펩신으로 구성됨) (펩신) (위액은 • Pepsin is a protease (단백질 가수분해효소), or protein-digesting enzyme, that cleaves proteins into smaller peptides (펩신은 단백질을 더 작은 펩타이드로 분해하는 단백질 가수분해효소 또는 단백질 소화 효소임) • Mucus (점액) protects the stomach lining from gastric juice (점액은 위액으로부터 위벽을 보호함) • Gastric ulcers, lesions in the stomach lining, are caused mainly by the bacterium Helicobacter pylori (헬리코박터 파일로리) (위벽의 병변인 위궤양은 주로 헬리코박터 파일로리 박테리아에 의해 발생함) 탄수화물의 소화 구강, 인도, 식도 위 단백질의 소화 핵산의 소화 지방의 소화 소장 (췌장 효소) 소장 (상피 효소) Figure 33.9 Chemical Digestion in the Human Digestive System (사람의 소화계에서 화학적 소화) Digestion in the Small Intestine (소장에서의 소화) • The small intestine (소장) is named for its small diameter • The first portion of the small intestine is the duodenum (십이지장) • Here, chyme from the stomach mixes with digestive juices from the pancreas, liver, gallbladder, and intestinal wall (여기서 위장의 침은 췌장, 간, 담낭 및 장벽에서 나오는 소화액과 섞임) • The pancreas (췌장) secretes bicarbonate, which neutralizes the acidity of chime (췌장은 중탄산염을 분비하여 유미액의 산도를 중화함) • It also produces proteases trypsin and chymotrypsin, which are activated in the lumen of the duodenum (또한 십이지장 내강에서 활성화되는 단백질 분해효소 트립신과 키모트립신을 생성함) • In the small intestine, bile aids (담즙) in digestion and absorption of fats (소장에서 담즙은 지방의 소화와 흡수를 돕움) • Bile is made in the liver (간) and stored and concentrated in the gallbladder (담낭) (담즙은 간에서 만들어져 담낭에 저장 및 농축됨) • Bile also destroys nonfunctional red blood cells (담즙은 또한 기능하지 않는 적혈구를 파괴함) 정맥이 간으로 혈액을 운반함 융모 영양소 흡수 미세 융모 융모 장벽 유미관 림프관 융모상피세포 Figure 33.10 Nutrient Absorption in the Small Intestine (소장의 영양소 흡수) Bile Salts 지방산 모노글리세라이드 1. 소장의 내강에서 담즙염은 큰 지방덩어리를 지방소체로 분해 3. 상피세포 내로 확산해 들어온 다음, 다시 지방(TAG)을 형성 4. TAG 들은 킬로미크론이라 불리는 수용성 덩어리로 통합된다. 인지질과 단백질들로 킬로미크론을 만든다 2. 효소에 의한 가수분해가 일어나는 동안, 리파이제는 트리글리세라이드를 지방산과 모노글리세라이드로 분해한다 5. 킬로미크론들은 세포외 배출작용에 의해 상피세포를 떠나 유미관으로 들어간다. 여기서 이들은 림프에 실려 나중에 대정맥으로 들어간다 Figure 33.11 Digestion and Absorption of Fats (지방의 소화와 흡수) Processing in the Large Intestine (대장에서의 처리과정) • The alimentary canal ends with the large intestine (대장) (소화관은 대장으로 종결) • The small intestine connects to the large intestine at a T-shaped junction; one arm is the colon (결장), which leads to the rectum. A major function of the colon is to recover water that has entered the alimentary canal (소장은 T자형 교차로에서 대장과 연결되며, 한쪽 팔은 결장으로 직장으로 이어집니다. 대장의 주요 기능은 소화관으로 들어온 수분을 회수하는 것임) • The other arm is the cecum (맹장), which aids in the fermentation of ingested material (다른 쪽 팔은 맹장으로, 섭취한 물질의 발효를 돕는다) • The human cecum has an extension called the appendix (충수), which serves as a reservoir for symbiotic microorganisms (인간의 맹장에는 충수이라는 확장부가 있으며, 이는 공생 미생물의 저장소 역할을 함) • What remains are the feces (대변), the wastes of the digestive system (남은 것은 소화 기관의 노폐물인 대변임) • Feces are stored in the rectum (직장) until they can be eliminated through the anus Dental Adaptations (치아 적응) 육식동물 날카로운 앞니와 송곳니 뾰쪽한 앞어금니 초식동물 넓고 이랑모양의 표면을 가진 이 앞니의 변형, 송곳니의 유실 Figure 33.12 Dentition and Diet (치열과 음식) 잡식동물 영구치 32개 (인간). 물기위한 4개의 앞니, 찟기위한 2개의 송곳니, 빻기 위한 4개의 앞어금니, 부수기 위한 6개의 어금니 Stomach and Intestinal Adaptations (위와 장의 적응) 위 Cecum (맹장) 결장 육식동물 대장 초식동물 Figure 33.13 The Alimentary Canals of a Carnivore (Lion) and Herbivore (Koala) (육식동물(사자)과 초식동물(코알라)의 소화관 비교) Mutualistic Adaptations in Humans (인간의 공생적 적응) 영아기 유아기 성년기 노년기 Figure 33.14 Variation in Human Gut Microbiome at Different Life Stages (생애주기에 따른 사람의 장내 미생물 차이) Mutualistic Adaptations in Humans (인간의 공생적 적응) Figure 33.15 The Stomach Microbiome (위장내 마이크로바이옴) Mutualistic Adaptations in Herbivores (초식동물의 공생적 적응) 벌집위 반추위 식도 장 겹주름위 주름위 반추동물인 소의 위에는 네 개의 방이 존재한다. (1) 소가 씹은 음식은 먼저 반추위와 벌집위에 들어가고 이곳에서 공생 중인 미생물은 식물에 존재하는 셀룰로오스를 소화한다. (2) 주기적으로 소는 음식물은 역류시켜 되새김을 반복하여 섬유질을 더 분해하여 미생물 작용을 강화시킨다. (3) 되새김질된 내용물은 겹주름위를 통화하며 수분이 제거된다. (4) 이후 소의 효소에 의한 소화를 위해 주름위를 통과한다. 이러한 방법으로 소는 풀과 반추위에서 적정수준의 수를 유지하고 있는 미생물을 이용해 중요한 영양소를 흡수한다. Figure 33.16 Ruminant Digestion (반추동물의 소화) Regulation of Digestion (소화조절) 1. 음식이 위에 도달하면 위벽이 늘어나면서 가스트린 (gastrin) 호르몬의 분비가 촉진된다. 가스트린은 혈액을 통해 위로 돌아온 후 위액 생산을 증가시킨다. 2. 유미즙 (Chyme) – 부분적으로 소화된 음식물의 산성 복합물 – 이 위로부터 십이지장으로 들어간다. 십이지장은 콜레키스토키닌 (CCK)과 세크레틴 (secretin)을 분비 – 췌장과 간에서 소화효소 및 담즙 분비를 촉진, 세크레틴은 췌장을 자극하여 유미즙을 중화시킬 중탄산염을 분비 3. 유미즙에 지방이 많으면, 높은 농도의 세크레틴(secretin) 과 콜레키스토키닌(CCK)가 분비되어 위에서 연동운동과 위액 분비를 억제하여 소화를 늦춘다) Figure 33.17 Hormonal Control of Digestion (소화의 호르몬 조절) 음식물의 유기물 소화와 흡수 열 배설물의 에너지 손실 체세포 내의 영양 분자 질소노폐물에 의한 에너지 손실 세포 호흡 생합성: 성장, 저장, 생식 세포 기작 Figure 33.18 Bioenergetics of an Animal: An Overview (동물에서의 생물에너지학: 개요) Glucose Homeostasis (포도당 항상성) 인슐린 췌장의 베타세포는 인슐린을 혈액으로 분비한다 인슐린은 몸속 세포로 포도당 수송을 증가시키고, 간에서 포도당을 글리코젠으로 저장하도록 자극한다 혈당이 올라간다 (식사 후) 혈당이 상승한다 정상 혈당 글루카곤은 간에서 글로코젠의 분해와 혈액의로의 분비를 촉진시켜 혈당을 올린다 글루카곤 혈당은 떨어진다 (단식후) 췌장의 알파세포는 글루카곤을 혈액으로 분비한다 Figure 33.19 Homeostatic Regulation of Cellular Fuel (세포질 연료의 항상성 조절) Glucose Homeostasis (포도당 항상성) • Insulin (인슐린) and glucagon (글루카곤) together maintain glucose levels (인슐린과 글루카곤이 함께 포도당 수치를 유지함) • Insulin levels rise after a carbohydrate-rich meal, and glucose entering the liver through the hepatic portal vein is used to synthesize glycogen (탄수화물이 풍부한 식사 후에는 인슐린 수치가 상승하고 간문맥을 통해 간으로 들어간 포도당은 글리코겐을 합성하는 데 사용됨) • When glucose concentration is low in the hepatic portal vein, glucagon stimulates the liver to break down glycogen and release glucose into the blood (간문맥의 포도당 농도가 낮으면 글루카곤은 간을 자극하여 글리코겐을 분해하고 포도당을 혈액으로 방출함) • Insulin and glucagon are produced in the pancreas in beta cells and alpha cells, respectively (인슐린과 글루카곤은 췌장에서 각각 베타 세포와 알파 세포에서 생성) Diabetes Mellitus (당뇨) • Diabetes mellitus (당뇨) is a disease caused by a deficiency of insulin or a decreased response to insulin in target tissues (당뇨병은 인슐린 결핍 또는 표적 조직의 인슐린에 대한 반응 감소로 인해 발생하는 질병임) • Fat becomes the main substrate for cellular respiration (지방은 세포 호흡의 주요 기질이 됨) • Type 1 diabetes (제1형 당뇨) is an autoimmune disorder in which the immune system destroys the pancreatic beta cells (제1형 당뇨병은 면역 체계가 췌장 베타 세포를 파괴하는 자가면역 질환임) • Type 2 diabetes (제2형 당뇨) is characterized by a failure of target cells to respond normally to insulin (제2형 당뇨병은 표적 세포가 인슐린에 정상적으로 반응하지 않는 것이 특징임) • Heredity is a factor in type 2 diabetes (유전은 제2형 당뇨병의 요인임) • Excess body weight and lack of exercise increase the risk (과체중과 운동 부족은 위험을 증가시킴) Regulation of Appetite and Consumption (식욕과 소비의 조절) • Obesity (비만) contributes to diabetes (type 2), cancer of the colon and breast, heart attacks, and strokes (비만은 당뇨병(2형), 대장암 및 유방암, 심장마비, 뇌졸중을 유발함) • Ghrelin (그렐린), a hormone secreted by the stomach wall, triggers a feeling of hunger before meals (위벽에서 분비되는 호르몬인 그렐린은 식사 전 공복감을 유발함) • GLP-1 secreted from the stomach and intestine inhibits feeding (위와 장에서 분비되는 GLP-1은 식욕을 억제함) • Insulin and PYY, a hormone secreted by the small intestine after eating, both suppress appetite (식사 후 소장에서 분비되는 호르몬인 인슐린과 PYY는 모두 식욕을 억제함) • Leptin (렙틴), a hormone produced by adipose (fat) tissue, also suppresses appetite and may regulate body fat levels (지방 조직에서 생성되는 호르몬인 렙틴은 식욕을 억제하고 체지방 수치를 조절할 수 있음) Campbell Biology in Focus Third Edition, Global Edition Chapter 19 Descent with Modification (변화를 수반한 계승) Yangkyun Oh, Ph.D. Department of Life Science Ewha Womans University Concept 19.1: The Darwinian revolution challenged traditional views of a young Earth inhabited by unchanging species (다윈 혁명은 나이가 얼마 안되는 어린 지구에 변하지 않는 종들이 살고 있다는 전통적인 견해에 도전하였다) • Carolus Linnaeus was the founder of taxonomy, the branch of biology that organizes species into a nested classification system of increasingly general categories (카롤루스 린네는 종을 점점 더 일반적인 범주의 중첩된 분류 체계로 조직하는 생물학의 한 분야인 분류학의 창시자이다.) • He also developed the binomial format for naming species (for example, Homo sapiens) (그(린네)는 또한 종의 이름을 짓는 이항식 형식(예: 호모 사피엔스)을 개발했다) • Linnaeus ascribed the resemblance among species to the pattern of creation rather than evolution (린네는 종들 사이의 유사성을 진화보다는 창조의 패턴에 기인한다고 설명했다.) Carolus Linnaeus Ideas About Change over Time (시간이 지나면서 변한다는 생각들) • The study of fossils helped to lay the groundwork for Darwin’s ideas (화석 연구는 다윈의 아이디어의 토대를 마련하는 데 도움이 되었다.) • Fossils are remains or traces of organisms from the past, usually found in sedimentary rock, which appears in layers or strata (화석은 일반적으로 지층에서 발견되는 과거의 생물의 잔해 또는 흔적으로, 층이나 지층에 나타난다.) • Paleontology, the study of fossils, was largely developed by French scientist Georges Cuvier (화석에 대한 연구인 고생물학은 주로 프랑스 과학자 조르주 퀴비에에 의해 발전했다.) 1. 화석 층 생성 2. 화석 층 노출 Figure 19.3 Formation of sedimentary strata with fossils (화석을 가진 퇴적층의 형성과정) Darwin’s Research (다윈의 연구) • As a boy and into adulthood, Charles Darwin had a consuming interest in nature (찰스 다윈은 어렸을 때부터 성인이 될 때까지 자연에 대한 끊임없는 관심을 가졌다) • Darwin first studied medicine (unsuccessfully) and then theology at Cambridge University (다윈은 케임브리지 대학에서 의학을 공부한 후 (실패했지만) 신학을 공부했다.) • After graduating, he took an unpaid position as naturalist and companion to Captain Robert FitzRoy for a five-year around-the-world voyage on the Beagle (졸업 후 그는 비글호에서 5년간 세계 일주 항해를 하는 동안 로버트 피츠로이 선장의 동반자이자 자연학자로 무급으로 일했습니다.) Charles Darwin The Voyage of the Beagle (비글호 항해) • During his travels on the Beagle, Darwin collected specimens of South American plants and animals (비글 호를 타고 여행하는 동안 다윈은 남미 동식물의 표본을 수집했다.) • He observed that fossils resembled living species from the same region, and living species resembled other species from nearby regions (그는 화석이 같은 지역의 생물 종과 닮았고, 생물 종은 인근 지역의 다른 생물 종과 닮았다는 것을 관찰했다.) • Darwin was influenced by Lyell’s Principles of Geology and thought that Earth was more than 6,000 years old (다윈은 라이엘의 지질학 원리에 영향을 받아 지구의 나이가 6,000년 이상이라고 생각했다.) Figure 19.5 The voyage of HMS Beagle (December 1831–October 1836) Darwin’s Focus on Adaptation (적응에 대한 다윈의 집중) • Natural selection (자연 선택) is a process in which individuals with favorable inherited traits are more likely to survive and reproduce (자연 선택은 유리한 유전 형질을 가진 개체가 생존하고 번식할 확률이 높아지는 과정임.) • In June 1858, Darwin received a manuscript from Alfred Russell Wallace, who had developed a theory of natural selection similar to Darwin’s (1858년 6월, 다윈은 다윈과 유사한 자연 선택 이론을 개발했던 알프레드 러셀 월리스로부터 원고를 받았다.) • In July 1958, Lyell presented Wallace and Darwin’s work together to the Linnean Society of London (1958년 7월, 라이엘은 런던 린니 학회에 월리스와 다윈의 연구를 함께 발표했다.) • Darwin quickly finished On the Origin of Species and published it the next year (다윈은 <종의 기원>을 빠르게 완성하고 다음 해에 출판했다.) Figure 19.7 Alfred Russel Wallace (알프레드 러셀 월러스) Homology (상동성) • Evolution is a process of descent with modification • Related species can have characteristics with underlying similarity that function differently (관련 종은 근본적으로 유사하지만 다르게 기능하는 특성을 가질 수 있다) • Homology (상동성) is similarity resulting from common ancestry (상동성은 공통 조상에서 비롯된 유사성이다) • Homologous structures (상동기관) are anatomical resemblances that represent variations on a structural theme present in a common ancestor (상동 구조는 공통 조상에게 존재하는 구조적 주제의 변형을 나타내는 해부학적 유사성을 말한다) Figure 19.16 Mammalian forelimbs: homologous structures (포유류 앞다리: 상동기관) Forming and Testing Hypotheses (가설의 설정과 검증) • In science, a hypothesis (가설) is an explanation based on observations and assumptions that leads to a testable prediction (가설은 관찰과 추론에 근거한 설명이며, 검증 가능한 예측을 낳는다) • A scientific hypothesis must lead to predictions that can be tested with additional observations or an experiment • An experiment (실험) is a scientific test, often carried out under controlled conditions Questions That Can and Cannot Be Addressed by Science (과학에 의해 해결되지 않는 질문) • A hypothesis must be testable (검증가능성) and falsifiable (반론가능성) – For example, hypotheses involving supernatural explanations cannot be tested (초자연적 현상을 포함한 가설은 검증할 수 없다) • Such explanations are outside the bounds of science Campbell Biology in Focus Third Edition, Global Edition Chapter 22 The Origin of Species 종의 기원 Yangkyun Oh, Ph.D. Department of Life Science Ewha Womans University Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 접합 전 장벽이 짝짓기를 방해하거나, 짝짓기가 이루어지더라도 수정을 방해한다 서식지 격리 시간적 격리 행동적 격리 기계적 격리 배우자 격리 접합 후 장벽이 접합자가 생존 가능하고 생식 가능한 성체로 발생하는 것을 방해한다 잡종 생존력 약화 잡종 생식력 약화 잡종 와해 Figure 22.3 Exploring Reproductive Barriers (생식적 격리 탐구) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 접합 전 장벽이 짝짓기를 방해하거나, 짝짓기가 이루어지더라도 수정을 방해한다 서식지 격리 시간적 격리 행동적 격리 기계적 격리 배우자 격리 Copyright (생식적 © 2021 Pearson Figure 22.3 Exploring Reproductive Barriers 격리 Education 탐구) Ltd. All Rights Reserved 접합 후 장벽이 접합자가 생존 가능하고 생식 가능한 성체로 발생하는 것을 방해한다 잡종 생존력 약화 잡종 생식력 약화 잡종 와해 Copyright (생식적 © 2021 Pearson Figure 22.3 Exploring Reproductive Barriers 격리 Education 탐구) Ltd. All Rights Reserved Concept 22.2: Speciation Can Take Place with or Without Geographic Separation (종분화는 지리적인 격리가 있든 없든 일어날 수 있다) • Speciation can occur in two ways (종은 두 가지 방식으로 발생할 수 있다) – Allopatric speciation (이소 종분화) occurs when populations are geographically isolated from each other (이소 종분화는 지리적으로 서로 격리되어 있을 때 발생합니다) – Sympatric speciation (동소 종분화) occurs when populations are not geographically isolated (동조 종분화는 개체군이 지리적으로 격리되어 있지 않을 때 발생한다) Figure 22.5 The Geography of Speciation (종분화와 지리학) (a) 이소 종분화: 한 집단이 부모 집단과 지리적으로 격리되어 있는 동안 새로운 종으로 형성된다. (b) 동소 종분화: 한 집단 일부가 지리적 분리 없이 새로운 종으로 형성된다 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Evidence of Allopatric Speciation (이소 종분화의 증거) • Reproductive barriers can develop in lab populations that are experimentally isolated and subjected to different environmental conditions (실험적으로 격리되고 다양한 환경 조건에 노출된 실험실 집단에서 생식 장벽이 발생할 수 있다) – For example, isolated lab populations of fruit flies raised on different diets evolve to digest their food source more efficiently and prefer to mate with partners adapted to the same food source (예를 들어, 실험실에서 격리된 초파리 개체군은 서로 다른 먹이를 먹고 자랐기 때문에 먹이를 더 효율적으로 소화하고 같은 먹이에 적응한 파트너와 짝짓기를 선호하도록 진화한다) Figure 22.7 Inquiry: Can Divergence of Allopatric Populations Lead to Reproductive Copyright © 2021 Pearson Ltd. All Rights Reserved Isolation? (이소 집단의 분기는 생식적 격리가 생기게 할 Education 수 있는가?) Sympatric (“Same Country”) Speciation (동소 “같은지역” 종분화) • Sympatric speciation (동소 종분화) takes place in populations that live in the same geographic area (동소 종분화는 같은 지리적 영역에 사는 개체군에서 발생한다) • It occurs when gene flow is reduced through factors including (다음과 같은 요인으로 인해 유전자 흐름이 감소할 때 발생한다) – Polyploidy (배수성) – Habitat differentiation (서식지 분화) – Sexual selection (성적 선택) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Polyploidy (배수성) • Polyploidy (배수성) is the presence of extra sets of chromosomes due to accidents during cell division (배수성은 세포 분열 중 사고로 인해 여분의 염색체 세트가 생김으로 발생) • Polyploidy speciation occasionally occurs in animals but is much more common in plants (배수성 종분화는 동물에서도 가끔 발생하지만 식물에서 훨씬 더 흔하다) • An autopolyploid (자가배수체) is an individual with more than two chromosome sets derived from one species (자가배수체는 한 종에서 유래한 염색체 세트가 두 개 이상인 개체를 말한다) • The offspring of mating between tetraploids (4n) and diploids (2n) are triploids (3 n) with reduced fertility (4배체(4n)와 2배체(2n) 사이의 짝짓기의 자손은 생식력이 감소한 3배체(3n)이다) • Tetraploids can produce fertile offspring by self-pollinating or mating with other tetraploids (4배체체는 자가 수분 또는 다른 4배체와의 교미를 통해 번식가능한 자손을 생산할 수 있다) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Polyploidy (배수성) • An allopolyploid (타가배수체) is a species with multiple sets of chromosomes derived from different species (타가배수체는 서로 다른 종에서 유래한 여러 세트의 염색체를 가진 종이다) 세포분열 오류 5개 염색체의 잡종 체세포분열이나 감수분열 오류가 염색체 수를 배가한다 2n = 10 Figure 22.10 One Mechanism for Figure 22.9 Sympatric Speciation by Allopolyploid Speciation in Plants (식물에서 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Autopolyploidy (자가배수체에 의한 종분화) 타가배수체 종분화의 한 과정) Campbell Biology in Focus Third Edition, Global Edition Chapter 23 Broad Patterns of Evolution (진화의 주요 양상) Yangkyun Oh, Ph.D. Department of Life Science Ewha Womans University Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved A Surprise in the Desert (사막의 경이) • Past organisms were very different from those now alive (과거의 생물은 현재 살아있는 생물과 매우 달랐다) • The fossil record shows evidence of macroevolution (대진화), broad changes above the species level; for example (화석 기록은 종 수준 이상의 광범위한 변화, 즉 대진화의 증거를 보여준다) – The emergence of terrestrial vertebrates (육상 척추 동물의 출현) – The impact of mass extinctions (대멸종의 영향) – The origin of key adaptations, such as flight in birds (조류의 비행과 같은 주요 적응의 기원) Figure 23.1 Would You Have Expected to Find Whale Bones Buried Here? (파묻힌 고래의 뼈가 이곳에서 발견될 것으로 예상했는가?) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved How Rocks and Fossils Are Dated (암석과 화석의 연대 측정방법) • The relative ages of fossils can be determined by their sequence in the rock strata (화석의 상대적 연대는 암석 지층에서 화석의 순서에 따라 결정될 수 있다) • The absolute ages of fossils can be determined by radiometric dating (방사성 연대 측정법) (방사성 연대 측정법으로 화석의 절대 연대를 확인할 수 있다) • Each isotope has a known half-life (반감기), the time required for half the parent isotope to decay (각 동위원소에는 알려진 반감기가 있으며, 이는 모 동위원소의 절반이 붕괴하는 데 필요한 시간이다) Figure 23.4 Radiometric Dating (방사성 연대 측정법): C14 -> N14 C12 -> C12 Measuring C14/C12 Maximum 75,000 years Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Fossils Frame the Geologic Record (화석은 지질학적 기록의 틀을 만든다) • The geologic record (지질학적 기록) is a standard time scale dividing Earth’s history into four eons (지질학적 기록은 지구의 역사를 4이언으로 구분하는 표준 시간 척도이다) 제4기 신생대 신제3기 고제3기 백악기 중생대 현생 이언 쥐라기 삼첩기 페름기 석탄기 데본기 고생대 실루리아기 오르도비스기 캄브리아기 원생이언 에디아카라기 시생이언 Copyright 태고이언© 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 원핵생물의 가장 오래된 화석: 스토로마톨라이트 – 35억년전 대기의 산소농도가 증가하기 시작했다 – 27억년전 대기산소 원핵생물 태고이언 시생이언 Figure 23.5 Visualizing the Scale of Copyright Geologic (지질학적 연대 © Time 2021 Pearson Education Ltd.척도의 All Rights시각화) Reserved 진핵세포의 가장 오래된 화석 (18억년 전) 턱이 있는 척추동물의 기원 (4억4000만년 전) 캄브리아 대폭발 (5억2500만년 전) 사지동물의 기원 (3억7500만년 전) 고생대 중생대 신생대 현생이언 Figure 23.5 Visualizing the Scale of Copyright Geologic (지질학적 연대 © Time 2021 Pearson Education Ltd.척도의 All Rights시각화) Reserved Plate Tectonics (판구조론) • According to the theory of plate tectonics (판구조론), the continents are part of plates of Earth’s crust that float on hot, underlying mantle (판구조론에 따르면, 대륙은 뜨거운 맨틀 위에 떠 있는 지구 지각 판의 일부이다) • Oceanic and continental plates can separate, slide past each other, or collide (해양판과 대륙판은 분리되거나, 서로 지나치거나, 충돌할 수 있다) • Interactions between plates can cause earthquakes and the formation of mountains and islands (판 사이의 상호작용으로 지진이 발생하고 산과 섬이 형성될 수 있다) Figure 23.8 Cutaway view of Earth (지구의 절단면) Figure 23.9 Earth’s major tectonic plates (지구의 주요 구조판) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Mass Extinctions (대멸종) • Extinction can be caused by habitat destruction or unfavorable environmental change (멸종은 서식지 파괴나 불리한 환경 변화로 인해 발생할 수 있다) • Global environmental change has, at times, caused the rate of extinction to increase dramatically, resulting in mass extinctions (대멸종) (지구 환경 변화로 인해 때때로 멸종 속도가 급격히 증가하여 대멸종이 발생하고 있다) 잔존하는 과의 수 총 멸종 률 Figure 23.12 Mass extinction and the diversity of life (대멸종과 생명의 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 다양성)